package com.zhang.study.chapter04;

import java.util.Arrays;

import static com.zhang.util.RandomArrayUtil.generateRandomArray;

/**
 * 小和问题
 * 在一个数组中，一个数左边比它小的数的总和，叫数的小和，所有数的小和累加起来，叫数组小和。求数组小和。
 * 例子： [1,3,4,2,5]
 * 1左边比1小的数：没有
 * 3左边比3小的数：1
 * 4左边比4小的数：1、3
 * 2左边比2小的数：1
 * 5左边比5小的数：1、3、4、 2
 * 所以数组的小和为1+1+3+1+1+3+4+2=16
 */
public class Code04_SmallSumByMergeSort {

    /**
     * 递归版本
     * @param arr 数组
     * @return 小和
     */
    public static int smallSum(int[] arr) {
        if (arr == null || arr.length == 0) {
            return 0;
        }
        return process(arr, 0, arr.length - 1);
    }


    public static int process(int[] arr, int start, int end) {
        if (start >= end) {
            return 0;
        }
        int mid = start + ((end - start) >> 1);
        return process(arr, start, mid) + process(arr, mid + 1, end) + merge(arr, start, mid, end);
    }

    /**
     * 迭代版本
     * @param arr 数组
     * @return 小和
     */
    public static int smallSum2(int[] arr) {
        if (arr == null || arr.length == 0) {
            return 0;
        }
        // 定义步长
        int mergeSize = 1;
        int sum = 0;
        while (mergeSize < arr.length) {
            int left = 0;
            while (left < arr.length) {
                int mid = left + mergeSize - 1;
                // 判断是否需要合并
                if (mid >= arr.length) {
                    break;
                }
                int right = Math.min(mid + mergeSize, arr.length - 1);
                sum += merge(arr, left, mid, right);
                left = right + 1;
            }
            if (mergeSize > arr.length >> 1) {
                break;
            }
            mergeSize <<= 1;
        }
        return sum;
    }


    private static int merge(int[] arr, int start, int mid, int end) {
        int[] temp = new int[end - start + 1];
        int index = 0;
        int i = start;
        int j = mid + 1;
        int sum = 0;
        while (i <= mid && j <= end) {
            sum += arr[i] < arr[j] ? (end - j + 1) * arr[i] : 0;
            temp[index++] = arr[i] < arr[j] ? arr[i++] : arr[j++];
        }
        while (i <= mid) {
            temp[index++] = arr[i++];
        }
        while (j <= end) {
            temp[index++] = arr[j++];
        }
        for (index = 0; index < temp.length; index++) {
            arr[index + start] = temp[index];
        }
        return sum;
    }

    /**
     * O(N^2)的测试方法
     *
     * @param arr 数组
     * @return 小和
     */
    public static int test(int[] arr) {
        if (arr == null || arr.length < 2) {
            return 0;
        }
        int res = 0;
        for (int i = 1; i < arr.length; i++) {
            for (int j = 0; j < i; j++) {
                res += arr[j] < arr[i] ? arr[j] : 0;
            }
        }
        return res;
    }

    public static void main(String[] args) {
        int testTime = 500000;
        int maxSize = 100;
        int maxValue = 100;
        int[] ints = {1, 3, 4, 2, 5};
        System.out.println(smallSum2(ints));
        System.out.println("test begin!");
        for (int i = 0; i < testTime; i++) {
            int[] arr1 = generateRandomArray(maxSize, maxValue);
            int[] arr2 = Arrays.copyOf(arr1, arr1.length);
            if (smallSum2(arr1) != test(arr2)) {
                System.out.println("Oops!");
                break;
            }
        }
        System.out.println("test end!");

    }


}
